Les nouvelles politiques adoptées par les autorités nationales ont encouragé pendant les dernières années l'intégration à grande échelle des systèmes d'énergie renouvelable (RES). L'intégration à grande échelle des RES aura inévitablement des conséquences sur le réseau de transport d'électricité tel qu'il est conçu aujourd'hui, car le transport de l'électricité massif sur de longues distances pourrait amener les réseaux de transport à fonctionner près de leurs limites, réduisant ainsi leurs marges de sécurité. Des systèmes de transport d’électricité plus complexes seront donc nécessaires.Dans ce scénario, les systèmes de transmission à Courant Continu Haute Tension (HVDC) constituent la solution la plus intéressante pour le renforcement et l'amélioration des réseaux à Courant Alternatif (AC) existants, non seulement en utilisant des configurations point à point, mais aussi dans des configurations multi-terminales. L'introduction des systèmes HVDC aboutira à terme à un réseau électrique hybride haute tension AC/DC, qui doit être analysé comme un système unique afin de mieux comprendre les interactions entre le réseau AC et le réseau DC.Cette thèse porte sur l'analyse de la stabilité transitoire des systèmes de transmission électrique hybrides AC/DC. Plus particulièrement, deux questions ont été abordées: Quel est l'impact d'un défaut du réseau DC sur la stabilité transitoire du réseau AC? Comment est-il possible de se servir des systèmes de transmission DC en tant qu'actionneurs afin d'améliorer la stabilité transitoire AC ?Dans la première partie de ce travail, les modèles mathématiques du réseau hybride AC/DC sont décrits ainsi que les outils nécessaires à l'analyse du système en tenant compte de sa nature non linéaire. Ensuite, une analyse approfondie de la stabilité transitoire du réseau électrique dans le cas particulier d'un court-circuit dans le réseau DC et l'exécution des stratégies de protection correspondantes sont effectuées. En complément, des indicateurs de stabilité et des outils pour dimensionner les futurs réseaux de la MTDC afin de respecter les contraintes des stratégies de protection existantes sont proposés.La deuxième partie de la thèse porte sur les propositions de commande pour la modulation des références de puissance des systèmes de transmission HVDC dans le but d'améliorer la stabilité transitoire du système AC connecté à ce réseau DC. Tout d'abord, nous axons notre étude sur le contrôle non linéaire des liaisons HVDC point à point dans des liaisons hybrides AC/DC. La compensation rapide des perturbations de puissance, l'injection de puissance d'amortissement et l'injection de puissance de synchronisation sont identifiées comme des mécanismes par lesquels les systèmes HVDC peuvent améliorer les marges de stabilité des réseaux AC.Enfin, une stratégie de contrôle pour l'amélioration de la stabilité transitoire par injection de puissance active dans par un réseau MTDC est proposée. Grâce à la communication entre les stations, la commande décentralisée proposée injecte la puissance d'amortissement et de synchronisation entre chaque paire de convertisseurs en utilisant uniquement des mesures au niveau des convertisseurs. L'implémentation proposée permet d'utiliser au maximum la capacité disponible des convertisseurs en gérant les limites de puissance d'une manière décentralisée. / The new policy frameworks adopted by national authorities has encouraged the large scale-integration of Renewable Energy Systems (RES) into bulk power systems. The large-scale integration of RES will have consequences on the electricity transmission system as it is conceived today, since the transmission of bulk power over long distances could lead the existing transmission systems to work close to their limits, thus decreasing their dynamic security margins. Therefore more complex transmissions systems are needed.Under this scenario, HVDC transmission systems raise as the most attractive solution for the reinforcement and improvement of existing AC networks, not only using point-to-point configurations, but also in a Multi-Terminal configuration. The introduction of HVDC transmission systems will eventually result in a hybrid high voltage AC/DC power system, which requires to be analyzed as a unique system in order to understand the interactions between the AC network and the DC grid.This thesis addresses the transient stability analysis of hybrid AC/DC electric transmission systems. More in particular, two questions sought to be investigated: What is the impact of a DC contingency on AC transient stability? How can we take advantage of the of DC transmission systems as control inputs in order to enhance AC transient stability?In the first part of this work, the mathematical models of the hybrid AC/DC grid are described as well as the necessary tools for the analysis of the system taking into account its nonlinear nature. Then, a thorough analysis of transient stability of the power system in the particular case of a DC fault and the execution of the corresponding protection strategies is done. As a complement, stability indicators and tools for sizing future MTDC grids in order to respect the constraints of existing protection strategies are proposed.The second part of the thesis addresses the control proposals for the modulation of power references of the HVDC transmission systems with the purpose of transient stability enhancement of the surrounding AC system. Firstly, we focus our study in the nonlinear control of point-to-point HVDC links in hybrid corridors. Fast power compensation, injection of damping power and injection of synchronizing power are identified as the mechanisms through which HVDC systems can improve stability margins.Finally, a control strategy for transient stability enhancement via active power injections of an MTDC grid is proposed. Using communication between the stations, the proposed decentralized control injects damping and synchronizing power between each pair of converters using only measurements at the converters level. The proposed implementation allows to fully use the available headroom of the converters by dealing with power limits in a decentralized way.

With the transition towards renewable energy, and the deregulation of the electricity market, generation patterns and grid topology are changing. These changes increase the need for transfer capacity. One limiting factor, which sometimes leads to underutilization of the transmission grid, is interarea oscillations. These system-wide modes involve groups of generators oscillating relative to each other and are sometimes hard to control due to their scale and complexity. In this thesis we investigate how high-voltage direct current (HVDC) transmission can be used to attenuate interarea oscillations. The thesis has two main contributions. In the first contribution we show how the stability of two asynchronous grids can be improved by modulating the active power of a single interconnecting HVDC link. One concern with modulating HVDC active power is that the interaction between interarea modes of the two grids may have a negative impact on system stability. By studying the controllability Gramian, we show that it is always possible to improve the damping in both grids as long as the frequencies of their interarea modes are not too close. For simplified models, it is explicitly shown how the controllability, and therefore the achievable damping improvements, deteriorates as the frequency difference becomes small. The second contribution of the thesis is to show how coordinated control of two (or more) links can be used to avoid interaction between troublesome interarea modes. We investigate the performance of some multivariable control designs. In particular we look at input usage as well as robustness to measurement, communication, and actuator failures. Suitable controllers are thereby characterized. / Övergången till förnybar energi och avregleringen av elmarknaden leder till förändrade produktions-och överföringsmönster. Dessa förändringar medför behov av en ökad överföringskapacitet. En begränsande faktor, som kan leda till ett underutnyttjande av stamnätet, är interareapendlingar. Dessa systemövergripande pendlingar involverar grupper av generatorer som svänger i förhållande till varandra. Interareapendlingar är ibland svåra att styra på grund av deras skala och komplexitet. I denna avhandling undersöker vi hur förbindelser med högspänd likström, engleska high-voltage direct current (HVDC), kan användas för att dämpa interareapendlingar. Avhandlingen har två huvudbidrag. I det första bidraget visar vi hur stabiliteten hos två olika synkrona nät kan förbättras genom att modulera den aktiva effekten hos en enda HVDC-länk. Ett bekymmer med aktiv effektmodulering är att växelverkan mellan interareapendlingar hos de två näten kan ha en negativ inverkan på systemets stabilitet. Genom att studera styrbarhetsgramianen visar vi att det alltid är möjligt att förbättra dämpningen i båda näten så länge som frekvenserna hos deras interareapendlingar inte ligger för nära varandra. För förenklade modeller visas det uttryckligen hur styrbarheten och därmed de möjliga dämpningsförbättringarna, försämras då frekvensskillnaden blir liten. Avhandlings andra bidrag visar hur koordinerad styrning av två (eller fler) länkar kan användas för att undvika växelverkan mellan besvärliga interareapendlingar. Vi undersöker prestandan hos olika typer av flervariabla regulatorer. I synnerhet undersökers styrsignalsanvändning samt robusthet mot mät-, kommunikations- och aktuatorfel. Därigenom karakteriseras lämpliga regulatortyper. / <p>QC 20190308</p>